Teymi vísindamanna undir forystu Bob Nagler og Thomas White sýndi nýlega nýja aðferð til að mæla hitastig atóma innan hlýjaðs efnis - með því að mæla beinan atómhraða.
Efni hafa öll sérstök bráðnunar- og sjóðandi stig, en hægt er að ofhita það fyrir ofan þau þar til þau komast að „stórslys“ stig skyndilegs bráðnunar og sjóðandi.
Þegar liðið var ofhitað solid gull langt út fyrir fræðileg mörk sín í 19.000 Kelvins, lifði það af óbeinu stórslysinu - sem bendir til þess að það séu ekki efri mörk fyrir ofhitað efni ef þau eru hituð nógu fljótt.
Laser Focus World: Hvers hugmynd var það að ofhita gull með LCLS? Hvað hvatti það?
Bob Nagler: Þegar við lögðum af stað til að gera tilraunina var markmið okkar að þróa nýja aðferð til að mæla hitastig heitt þéttra efna. Þetta mál er eins þétt og fast, en hitað að tugum eða hundruðum þúsunda gráður Kelvin. Þú finnur það í risastórum plánetukjarna og stjörnu innréttingum, en þegar við endurskapum það í rannsóknarstofunni er í raun að mæla hitastig þess erfitt.
Við settum af stað þetta verkefni til að takast á við þessa áskorun, með því að nota skærasta X - Ray Source, Slac National Accelerator's Linac Coherent Light Source (LCLS), til að hjálpa.
Thomas White:Ég vil gjarnan segja að þetta væri ein - Wolf Flash of Brilliance en í sannleika sagt kom hugmyndin úr löngu - standandi gremju yfir völlinn. Við vissum að við þyrftum betri greiningu og gull gerði hugmyndaprófunarefni: það dreifir x - geislum vel og er auðvelt að gera það að þunnum þynnum sem þarf fyrir þessa tækni. Lið okkar við háskólann í Nevada, Reno, Slac og aðrir aðilar bjuggust við því að gullið myndi hitna undir geislun, en það sem stóð upp úr var hversu heitt traustið hélst áfram en hélt kristallaðri uppbyggingu þess. Jafnvel við þetta mikla hitastig hélst gullgrindurnar út fyrir áætlað mörk fyrir skipulagsskipan. Þessi athugun færði áherslu verkefnisins. Það sem byrjaði sem hagnýtt átak til að byggja upp betri hitamæli þróaðist í dýpri rannsókn á ofhitun og grundvallarmörkum fastra - ástands við erfiðar aðstæður.
LFW: Af hverju LCLS?
Hvítur:Aðferðin sem við þróuðum byggir á því að greina örsmáar breytingar á því hvernig x - geislar dreifast af frumeindum í efni. Nánar tiltekið sýna litlar orkubreytingar hitastig jóna. Það þarf ekki aðeins óvenju bjarta uppsprettu x - geisla, heldur einnig afar þröngt bandbreidd. Ókeypis - rafeinda leysir eins og LCLS, og nokkrir aðrir eins og Evrópska XFEL, eru einstaklega færir um að skila þessari samsetningu. Þeir eru allt að milljarði sinnum bjartari en nokkur Synchrotron, sem er nauðsynleg vegna þess að óeðlileg dreifing er ótrúlega veik - á röð örfáa ljóseindir á hvert skot.
Nagler:Lcls er í meginatriðum kílómetra - langur x - geisla leysir sem, fyrir þessa tilraun virkar einnig sem kílómetra - langur hitamælir. Án þessarar samsetningar birtustigs, samhengis og litrófs nákvæmni væri þessi mæling einfaldlega ekki möguleg.
LFW: Hvað felst tilraunin þín?
Nagler: Við hituðum ultrathin gull filmu - bara 50 - nm þykkt - með tíðni - tvöfaldaðri Ti: safír leysir, sem gefur okkur 400 - nm bylgjulengd ljós með púlsgeymslu um 45 fs. Þrátt fyrir mikinn hitastig sem við náðum var leysirinn sjálfur ekki sérstaklega öflugur samkvæmt miklum orkuþéttni stöðlum. Við notuðum aðeins um ~ 0,3 mJ á púls. Það þýðir að upphitunarhluti tilraunarinnar, sköpun ofhitaðs gulls, gæti í grundvallaratriðum verið afritað af mörgum leysirannsóknum um allan heim.
Hvítur:En að mæla hitastig þess sem þú býrð til? Það er erfiða hlutinn. Til þess þarftu öfgafullt, þröngt - bandbreidd, femtosecond x - geislum sem aðeins aðstaða eins og LCLS og nokkur önnur XFels geta veitt. Það er það sem gerði þessa tilraun mögulega.
LFW: Hver eru lykilatriðin í þessari tilraun? Einhver á óvart?
Nagler:Fyrir okkur og sviðið okkar er helsta afhendingin sú að við höfum núna bein, líkan - ókeypis aðferð til að mæla jón hitastig í öfgafullum ástandi - sem hefur verið langur - standandi áskorun í mikilli - orku - þéttleika eðlisfræði. Tæknin opnar dyrnar að viðmiðun jafna ríkisins, staðfestir vatnsdynamískar uppgerðir og kannar efni innan reglna sem áður voru utan seilingar.
Hvítur:Hinn raunverulegi á óvart kom þegar við sáum hversu langt við gátum ýtt fast áður en það gafst eftir röskun. Við bjuggumst við að gullið bráðnaði þegar það fór yfir ákveðinn þröskuld - en það gerði það ekki. Kristalgrindurnar héldu saman við hitastig meira en 14x bræðslumarkið - langt umfram það sem staðlað varmafræði myndi spá fyrir um. Þetta var 'Aha!' Augnablik: Ekki aðeins gátum við tekið hitastigið, heldur trassaði kerfið sjálft væntingar. Með því að gera það fundum við okkur ekki aðeins að leysa greiningaráskorun, heldur einnig afhjúpa nýja eðlisfræði, ýta á mörkin ofhitunar og endurskoða forsendur um hvenær og hvernig föst efni bráðna við erfiðar aðstæður.
LFW: Hvernig leið það að afsanna áratugi - gamla kenning?
Hvítur:Þetta var skemmtileg og heillandi djúp kafa í eðlisfræði ofhitunar, kanna hversu langt er hægt að ýta traustum áður en það brotnar niður og átta sig á því að jafnvel vel - rótgróin hugtök þurfa vandlega að endurskoða þegar þau eru notuð á Ultrafast, engan svigrúm.
Nagler:Það snerist ekki svo mikið um að afsanna áratugi - gömul kenning þar sem hún var að sýna að kenningin á ekki endilega við um langt - frá - jafnvægisáhituð ríkjum. Upprunalega umgjörðin gerir ráð fyrir kerfi í hitauppstreymi og nálgast hægt bræðslumark, ekki eitt sprengt af femtosecond leysipúls. Í stað þess að velta fyrirliggjandi kenningu var þetta meira eins og að stíga utan léns síns.
LFW: Hvað þýðir þessi uppgötvun fyrir ofhitun?
Nagler:Það sýnir að ofhitað efni í þessum engu sviði geta hegðar sér á allt öðruvísi en þú mátt búast við fyrir meira keyrslu - af - - myllunni nálægt- jafnvægiskerfum og það væri áhugavert að kanna þessa mismun nánar.
Hvítur:Á endanum opnar það spurninguna um hvort það séu raunveruleg takmörk fyrir ofhitun í ákaflega eknum, langt - frá - jafnvægiskerfi, eða hvort föst efni geta varað langt umfram það sem hefðbundin varmafræði spáir.
